1-Wire扩展网络标准

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引言
　　1-Wire总线是一种简单的信令协议，可通过单根电气连接进行双向通信。在1-Wire系统中，单个主机与一个或多个从器件通过一条公共数据线实现互联。Dallas Semiconductor公司于1989年制定了1-Wire标准，减少了便携数据传输模块间的连接。iButton? (16mm电池形状的模块)随之应运而生，目前全球销售量超过1.3亿。
　　1-Wire架构也适用于其它应用，如芯片标签和远距离传感器。然而，早期的1-Wire前端没有考虑到这些新型应用的噪声水平与线路特性(如线长)。若要满足这些新型应用的要求，经常需要考虑在实际应用中如何配置1-Wire网络。因此，为了满足这一系列应用的要求，Dallas开发了1-Wire扩展网络标准的新型1-Wire前端，并将其植入一些新产品中。表1列出了1-Wire器件清单，并给出了新型扩展标准支持的器件。

新型扩展标准的重要特性
　　各种噪声源所产生的噪声将导致1-Wire线路上出现信号毛刺。这些噪声可能来自网络端点或分支点的反射。噪声也可能由外部源产生，并耦合到1-Wire信号上。上升沿的噪声毛刺会导致1-Wire器件与主机失去同步。改进后的扩展网络前端可以解决上升沿存在的这一问题。
　　新型1-Wire前端主要包括三个部分：用于滤除高频噪声的低通滤波器、低电平切换至高电平时的电压滞回电路，以及上升沿延时电路。某些1-Wire器件还具有在线应答脉冲摆率控制电路。图1给出了这一系列特性的示意图。粉红色阴影部分表示1-Wire电压由低电平至高电平转换期间，器件忽略电压幅值的毛刺和瞬时毛刺。

图1. 新型1-Wire前端的特性
表1. 1-Wire器件

Device	FC	Description	1-Wire Extended Network Support
DS1425	02	Multikey iButton, 1152-bit secure memory
DS1427	04	4k NV RAM memory and clock, timer, alarms
DS1820	10	Temperature and alarm trips
DS1822	22	1-Wire Econo temp sensor
DS1825	3B	1-Wire thermometer with 4-bit address
DS18B20	28	Adjustable resolution temperature
DS18S20	10	Temperature and alarm trips
DS1982	09	1k EPROM memory
DS1985	0B	16k EPROM memory
DS1986	0F	64k EPROM memory
DS1904	24	Real-Time Clock (RTC) iButton
DS1920	10	Temperature and alarm trips
DS1921G             DS1921H             DS1921Z	21	Thermochron temperature logger
DS1922L             DS1922T             DS1923	41	High-Capacity Thermochron and/or Hygrochron. temperature and/or humidity dataloggers, respectively
DS1961S	33	1k EEPROM memory with SHA-1 engine
DS1963L	1A	4k NV RAM memory with write cycle counters
DS1963S	18	4K NVRAM memory and SHA-1 engine
DS1971	14	256-bit EEPROM memory and 64-bit OTP register
DS1972	2D	1k EEPROM memory
DS1973	23	4k EEPROM memory
DS1977	37	Password-protected 32kB (bytes) EEPROM
DS1990A             DS1990R	01	1-Wire address only
DS1991	02	Multikey iButton, 1152-bit secure memory
DS1992	08	1k NV RAM memory
DS1993	06	4k NV RAM memory
DS1994	04	4k NV RAM memory and clock, timer, alarms
DS1995	0A	16k NV RAM memory
DS1996	0C	64k NV RAM memory
DS2401	01	1-Wire address only
DS2405	05	Single switch
DS2404	04	4k NV RAM memory and clock, timer, alarms
DS2406             DS2407	12	1k EPROM memory, 2-channel addressable switch
DS2408	29	8-channel addressable switch
DS2409	1F	Dual switch, coupler
DS2411	01	Low-voltage, unique 64-bit serial ROM number (requires VDD connection)
DS2413	3A	Dual-channel addressable switch
DS2415	24	RTC
DS2417	27	RTC with interrupt
DS2422	41	High-capacity Thermochron/Hygrochron (temperature and humidity) datalogger
DS2423	1D	4k NV RAM memory with external counters
DS2430A	14	256-bit EEPROM memory and 64-bit OTP register
DS2431	2D	1024-bit EEPROM memory
DS2432	33	1k EEPROM memory with SHA-1 engine
DS2433	23	4k EEPROM memory
DS2436	1B	1-Wire battery ID with temperature and voltage monitor
DS2438	26	Temperature, ADC
DS2450	20	Quad ADC
DS2502	09	1k EPROM memory
DS2505	0B	16k EPROM memory
DS2506	0F	64k EPROM memory
DS2720	31	1-Wire single-cell Lithium recharger with protection
DS2740	36	1-Wire coulomb counter (high precision)
DS2751	51	1-Wire fuel gauge for 1-cell Li+ or 3-cell NiMH
DS2760	30	Temperature, current, ADC
DS2761	2B	1-Wire Li+ monitor
DS2762	30	1-Wire battery monitor and protector
DS2770	2E	1-Wire battery monitor and charge controller
DS2780	32	Stand-alone 1-Wire fuel gauge
DS2890	2C	Single-channel digital potentiometer
DS28E04-100	1C	4096-bit EEPROM memory, two-channel addressable switch

　　注意：新的1-Wire器件将及时添加到产品线上。列表中可能没有列出最新的器件。请参考器件数据资料中的“改善的网络性能”(Improved Network Behavior)部分，确认此器件是否带有新型扩展网络前端。
　　扩展网络标准的新特性仅适用于标准速率通信，在高速模式下无效。1-Wire前端的新增特性将影响1-Wire时序参数。这里要特别指出，新标准引入了一个EC参数tREH，表示上升沿延时。这一延时特性延长了主机产生的读位的低电平时间tRL。参见表2。
　　通过长线实现与1-Wire器件通信的实际经验表明，位操作之间需具有足够的恢复时间。因此，所有扩展网络器件都具有较长的恢复时间tREC。所有器件(标准的和扩展网络的)的恢复时间都是针对1-Wire总线上只有一个器件的条件定义的。总线上挂接有多个器件时，如何确定扩展网络的恢复时间请参见应用笔记3829，确定多从机1-Wire网络的恢复时间。
　　内置在线应答脉冲摆率控制的器件还具有一个参数tFPD，表示在线应答检测下降沿时间。虽然控制摆率可以减小长线传输所产生的反射，但对于主机检测在线应答脉冲的窗口也将产生非常大的影响。1-Wire主机的阻抗匹配无需采用摆率延时，即能有效地控制这些反射。因此，以后推出的器件将不再采用在线应答脉冲摆率控制。
表2. EC表参数的区别

Parameter	Speed	Min/Max	Standard	Extended Network
tREC	Standard	Min	1	5
	Overdrive	Min	1	2
tREC (before reset)	Overdrive	Min	1	5
tREH	Standard	Min	—	0.5
	Standard	Max	—	5
	Overdrive	Min	—	0.5
	Overdrive	Max	—	5
tRL	Standard	Min	1	5

结论
　　1-Wire主机能同时兼容于标准器件和扩展网络器件。使用扩展网络器件时，只需简单的延长位操作间的恢复时间以及读位启动脉冲时间tRL。采用较长的恢复时间将降低数据吞吐率，而改变读位启动脉冲时间则不会影响吞吐率。对于采用线应答脉冲摆率控制(tFPD)的器件所组成的网络，应仔细选择在线应答脉冲的采样点。使用不同的器件和电压，可能要限制其采样范围。